熔体静电纺丝法制备微纳米纤维的探索.docxVIP

邓荣坚，刘勇，丁玉梅，杨卫民(北京化工大学机电工程学院，北京100029)摘要:分别选用低熔体流动速率(2g/10min)的低密度聚乙烯(LDPE)料和高熔体流动速率(1400g/10min)的熔喷专用聚丙烯(PP)料，在自行研制的熔体静电纺丝装置上进行实验.所得纤维平均直径分别为5.44μm和1.06μm，纤维直径分布均匀，表面光滑;在PP纤维中出现了大量几百纳米的纤维，最小直径为190nm;在自制的高效率熔体静电纺丝装置上，纺出微米级的PP纤维，平均直径为4.57μm，纺丝效率约为4g/h，与一般静电纺丝相比，产量得到显著提高.关键词:熔体静电纺丝;纳米纤维;熔体流动速率;效率中图分类号:TG404文献标识码:A文章编号:1005－0299(2010)03－0425－04Investigationonproducingmicro-nanofibersbymeltelectrospinningDENGRong-jian，LIUYong，DINGYu-mei，YANGWei-min(CollegeofMechanicalandElectricalEngineering，BeijingUniversityofChemicalTechnology，Beijing100029)Abstract:LowDensityPolyethylene(LDPE)withlowmeltingindexof2g/10minandPolypropylene(PP，Melt－blowmaterial)withhighmeltingindexof1400g/10minwereusedformeltelectrospinningexperimentsrespectivelyontheself－designmeltelectrospinningapparatusinthisarticle.Theresultingfibers，whoseav-eragediameterswere5.44μmand1.06μm，wereofgoodqualityanditssurfaceswererelativelysmoothandeven.Therewerelotsofnano－fibers(severalhundrednanometers)appearedinthePPfibersandthesmal-lestdiameterwas190nm.Micro－fiberswiththeaveragediameterof4.57μmwereproducedintheself－de-signhighefficiencymeltelectrospinningapparatus.Theefficiencywasabout4g/h，whichwasmuchhigherthanthenormalelectrospinning.Keywords:meltelectrospinning;nano－fibers;meltingindex;efficiency到适当的溶剂配成溶液［5］;溶剂的蒸发导致纤维表面不光滑，甚至出现缺陷;产量低，一般为0.6g/h［6］;昂贵溶剂的使用会增加成本;喷丝孔容易堵塞，影响连续生产等.熔体静电纺丝不需要溶剂就可以纺丝，与溶液静电纺丝相比，它的研究价值更大，更有可能使静电纺丝技术走向工业化.目前关于熔体静电纺丝要解决的关键问题就是使微米级的纤维直径进一步减小至纳米级，并且进一步提高其生产效率.因此我们自行研制了熔体静电纺丝装置，并进行了纺制微纳米纤维的探索.静电纺丝是一种制备超细纤维和纳米纤维的重要方法［1］，典型的静电纺丝纤维直径为40～2000nm［2］.静电纺丝又可分为溶液静电纺丝和熔体静电纺丝.目前关于静电纺丝的研究大多集中在溶液静电纺丝方面，对于熔体静电纺丝，由于其装置相对复杂，而且其纺得的纤维比溶液静电纺丝纺得的纤维粗，因而对于它的研究相对较少［3］［4］.溶液静电纺丝虽然可以纺出小至几十纳米的纤维，但溶剂的使用使它出现了一系列的问题:如溶剂的回收问题;应用于生物医药领域的安全问题;一些聚合物如聚丙烯和聚乙烯，在室温下找不1实验1.1实验原料·426·材料科学与工艺第18卷股份有限公司，熔体流动速率:2g/10min.PP(牌号RPP1400):山东龙口市道恩工程塑料有限公司，熔体流动速率:1400g/10min.度恒定后，将粒状的LDPE原料放进料筒中，加热约10min，当熔融的物料开始向下滴时，使料筒逐渐倾斜至毛细管末端的熔体不再往下滴但还会出现凸起时，打开高压电源，加上一定的电压(30－60KV)，熔体喷射流就会从毛细管飞向接收装置.接收装置与毛细管末端的距离为10－18cm.毛细管的内径为0.2－0.7mm.PP(分别采用图1和图2所示的装置